Эскизное проектирование в системе Pro/DESKTOP. Еще одна «легкая» САПР или система концептуального проектирования?
Моделирование с автоматическим поиском решения
Другие полезные качества системы
Разработчик — компания PTC (ПТС, Параметрик Текнолоджи Корпорейшн) определяет свою «легкую» САПР Pro/DESKTOP как систему концептуального проектирования, то есть систему, специально предназначенную для решения задач эскизного (концептуального) проектирования на начальных этапах разработки. Именно в таком качестве ее и используют западные компании, в частности Airbus в проектах A3XX и A340-ZZZ. Наверное, такое определение PTC дано для того, чтобы подчеркнуть, что основной системой рабочего проектирования в рыночном секторе средних и тяжелых САПР по-прежнему остается базовый пакет Pro/Engineer Foundation, который, однако, вкупе с дополнительными модулями обладает всей функциональностью «тяжелой» CAD/CAM/CAE-системы. Тем не менее ряд российских, белорусских и украинских предприятий используют систему Pro/DESKTOP как «легкую» полнофункциональную САПР. Однако опыт использования Pro/DESKTOP и Pro/Engineer в НИИМАШ говорит о том, что максимальная эффективность, в том числе и по экономическим показателям, достигается при совместном использовании обеих систем.
Критерии выбора
НИИМАШ работает со сквозными программными продуктами PTC два года и уже накопил достаточный опыт по их использованию. Основной задачей предприятия на начальном этапе являлось внедрение сквозной «вертикальной» технологии проектирования и производства при минимальных затратах как на покупку самой системы, так и на ее освоение. Именно поэтому в качестве «тяжелой» была выбрана система Pro/Engineer компании PTC. Поставленная задача была успешно решена. На следующем этапе развития конструкторских и технологических служб предприятия основная задача состояла в увеличении количества рабочих мест САПР в «горизонтальном» направлении. В условиях весьма ограниченного финансирования специфика вовлечения в процесс 3D-проектирования широкого круга специалистов требовала наличия продукта другого уровня, более легкого и доступного даже для инженеров неконструкторских специальностей. Эффективность такого подхода была проверена и подтверждена на тестовых проектах, на нескольких пакетах САПР легкого и среднего уровней.
Для непосредственного процесса выбора конкретной легкой (не сквозной) системы опыт других предприятий мало что дает. Гораздо важнее значение системы в цикле проектирования изделия. Рассматривая вопрос о приобретении легкой САПР, предприятие, как правило, руководствуется множеством различных критериев, не всегда формализуемых. Но в любом случае обязательно оценивает систему по таким ее параметрам, как место, занимаемое на рынке фирмой-разработчиком, совместная работа с уже имеющимися на предприятии системами, в том числе сопряженность с «тяжелой» САПР, стоимость приобретения и сопровождения, скорость и простота моделирования, возможности удобного получения документации, простота освоения и удобный интерфейс.
По всем этим параметрам система Pro/DESKTOP, по крайней мере, не уступала другим «легким» САПР, отличаясь от них наличием механизма моделирования с автоматическим поиском решения, а также двунаправленной ассоциативной связью с Pro/Engineer, а через него с CADDS5 и CATIA. Эти возможности для предприятия сыграли решающую роль при выборе Pro/DESKTOP в качестве «легкой» САПР.
 |
|
Моделирование с автоматическим поиском решения
Преимущество Pro/DESKTOP в скорости проектирования нового изделия можно проиллюстрировать конкретным примером выполнения заказа на разработку простого пищевого дозатора. Параметры дозатора, условия и режимы работы были заданы в техническом задании (ТЗ). В качестве дозирующего устройства был определен электромагнитный клапан, и была дана его схема (рис. 1). Как известно, проектирование электромагнитного клапана начинается с якоря. Для обеспечения заданных тяговых характеристик клапана рассчитывалась площадь поперечного сечения якоря и корпуса клапана, через которую проходит магнитный поток. Якорь клапана был выполнен в виде цилиндра с боковыми проточками. Три боковые проточки устраняют замкнутую полость между якорем и корпусом и должны иметь размеры, гарантирующие беспрепятственную циркуляцию продукта. На построенной модели (рис. 2) была замерена площадь поперечного сечения якоря. Это одна из стандартных операций Pro/DESKTOP. И сама операция замера, и результаты замера (рис. 3) могут быть разовыми или постоянными (то есть являться фичерсами) и пересчитываются при каждом изменении модели. Зависимость величины любого замера от любого параметра модели можно анализировать и таким образом определять чувствительность измеряемой функции к выбранному параметру. В нашем случае площадь поперечного сечения якоря была меньше допустимого значения. Из нескольких вариантов, которые можно было использовать (по отдельности или в комбинации) для изменения площади поперечного сечения якоря, было решено выбрать увеличение наружного диаметра якоря. В Pro/DESKTOP реализован простой и эффективный механизм поиска решения, для которого задаются целевая функция с критерием поиска и набор параметров с диапазонами, в которых система может их изменять. В качестве критерия поиска в нашем случае задали следующее условие: площадь поперечного сечения якоря должна равняться рассчитанной. В качестве изменяемой переменной выбрали диаметр якоря, с указанием диапазона, в котором его значение может меняться (рис. 4). Дополнительно для процедуры автоматического поиска решения могут задаваться точность и метод решения. Для якоря электромагнитного клапана Pro/DESKTOP автоматически нашел значение переменной, при котором площадь поперечного сечения якоря равна заданной. Осталось только округлить его значение в большую сторону и обновить модель. Таким же способом в Pro/DESKTOP были получены реальные размеры катушки и корпуса. Возможности системы позволяют представлять проектные решения заказчику (3D-модели, комплект чертежей и фотореалистические изображения и анимации) до изготовления опытного образца. В результате проект дозирующего устройства (рис. 5) был принят с первого раза. При этом время проектирования было минимально, поскольку были использованы все известные на сегодняшний день средства ускорения проектирования.
Комплект рабочих чертежей дозирующего устройства также был создан в Pro/DESKTOP, поскольку система содержит приложение для оформления чертежей. При этом, как и в большинстве современных твердотельных САПР, реализован механизм двунаправленной ассоциативности между моделью и чертежом. Простота и высокая эффективность чертежного приложения позволяют значительно сократить сроки выпуска чертежей, а ассоциативная связь чертежа с моделью обеспечивает постоянное соответствие чертежа модели, гарантирует правильность и актуальность чертежа (рис. 6). Поддержка форматов DXF и DWG на экспорт и импорт позволяет обмениваться данными с 2D-приложениями, например AutoCAD или КОМПАС. Возможность размещать на поле чертежа эскизы, изображения моделей, таблицы, спецификации, анимации, данные из внешних CAD и любые активные объекты приложений MS Office через OLE-интерфейс реализует идеологию «записной книжки инженера», заметно ускоряя процесс оформления проектной документации.
|
|
Совместимость с Pro/Engineer
Поскольку Pro/DESKTOP относится к семейству i-серии, система ассоциативно взаимодействует с другими продуктами данной серии, в том числе Pro/Engineer и Pro/MECHANICA, используя технологию ATB (ассоциативной топологической шины). Реализованная в Pro/DESKTOP ATB-шина обеспечивает двунаправленную связь между Pro/DESKTOP и Pro/Engineer. Все модели, выполненные в Pro/DESKTOP, могут быть использованы в Pro/Engineer с сохранением постоянно действующей ассоциативной связи, и наоборот. Данное свойство позволяет вести совместную разработку, что значительно расширяет возможности обеих систем.
В качестве примера можно привести модель (рис. 7), разработанную в Pro/Engineer с применением аппарата поверхностного моделирования NURBS. Полученная геометрия была передана в Pro/DESKTOP, где была проведена доработка корпуса, разработаны дополнительные корпусные детали и произведена полная сборка, а также осуществлено проектирование приспособлений, оснастки и упаковки. Необходимо подчеркнуть, что изменение исходных поверхностей в Pro/Engineer не приведет к необходимости заново проектировать геометрию всех деталей и сборки изделия в Pro/DESKTOP, они изменятся автоматически. Таким образом, если в разрабатываемом в Pro/DESKTOP изделии есть подсистемы, для разработки которых необходима функциональность «тяжелой» САПР, такая, например, как прокладка электрических жгутов и кабелей, трубопроводов или гибких шлангов, то эту функциональность можно подключить из Pro/Engineer через шину ATB, не нарушая целостности процесса разработки. Например, в проекте пищевого дозатора электрические кабели, гибкие шланги и детали, получаемые путем гибки листового материала, были спроектированы в Pro/Engineer, поскольку одновременно с конструкцией разрабатывалась технология изготовления. Для обмена с другими CAD/CAM/CAE-системами Pro/DESKTOP поддерживает стандартные форматы: DXF, DWG, IGES, XMT (Parasolid), STL, VRML.
|
|
Другие полезные качества системы
Встроенные средства Pro/DESKTOP позволяют пользователям разрабатывать собственные операции и другие приложения, повышающие эффективность конструирования и упрощающие работу в системе. В качестве примеров таких приложений можно представить дополнительную встроенную операцию создания спирали Архимеда (рис. 8) и операцию задания материала, связанную с соответствующей библиотекой материалов из таблицы Excel (рис. 9).
Простой, лаконичный и интуитивно понятный интерфейс Pro/DESKTOP позволяет назначать степени свободы или фиксировать геометрию, проводить анализ как 2D-, так и 3D-кинематики, поскольку кинематические связи между компонентами сборки формируются автоматически. В Pro/DESKTOP нет принципиальных различий между частями (деталями) и сборками, а следовательно, нет и ограничений по анализу кинематики, использованию сборочных фичерсов (таких, как сварные швы) или по проектированию новой части в контексте любой сборочной конструкции. Управление привязками и параметрами дает возможность на основе одной модели создавать и сохранять несколько вариантов исполнения (конфигураций) части или сборки, например варианты (виды) собранного и разобранного («взорванного вида») изделия, или такие варианты исполнения одной и той же модели, как мастер-деталь, отливка и литьевая форма. При анимации промежуточных состояний модели между любыми ее конфигурациями Pro/DESKTOP позволяет анализировать с задаваемой точностью значения интересующих разработчика измерений и назначенных им параметров модели в динамике. Это помогает не только отрабатывать коллизии сборочных конструкций, но и проводить исследования и анализ таких технологических процессов, как раскатка листа металла роликом на оправке (рис. 10). Результаты анализа запоминаются в Excel и выводятся на печать в виде таблиц и графиков. Построенная в Pro/DESKTOP модель, таблицы результатов и графики из Excel в нашем случае были использованы для составления отчета по результатам анализа процесса раскатки (рис. 11).
В Pro/DESKTOP реализован удобный механизм создания и использования заготовок в графическом окне (Palette). В качестве стандартных заготовок можно использовать 2D-геометрию, отдельные операции, готовые детали и даже сборочные узлы. Для примера была создана библиотека стандартных крепежных деталей (рис. 12): болты, гайки, шайбы и т.д. Для того чтобы использовать какой-либо элемент из библиотеки заготовок, его нужно просто перетащить мышью на рабочее поле Pro/DESKTOP из окна навигатора заготовок (механизм drug-&-drop).
Pro/DESKTOP эффективно используется на предприятии и в качестве системы начального обучения специалистов основам параметрического твердотельного моделирования. Система простая в освоении, компактная и, что очень важно для оборудования учебных классов, не требовательна к ресурсам компьютера; пользователь может выбрать по желанию русский или английский интерфейс. Как показал опыт НИИМАШ, любой специалист, освоив Pro/DESKTOP, намного быстрее осваивает пользовательский интерфейс и приемы работы в Pro/Engineer, поскольку системы очень похожи. Немаловажной является также возможность перехода (апгрейда) с Pro/DESKTOP на Pro/Engineer за 50% цены пакета.
|
|
Заключение
НИИМАШ строит свою систему автоматизации на фундаменте «тяжелой» САПР Pro/Engineer. При этом большинство инженеров работают в «легкой» САПР Pro/DESKTOP. На одно рабочее место Pro/Engineer, используемое в качестве основного или центрального для конструкторской группы, приходится несколько рабочих мест конструкторов, оснащенных Pro/DESKTOP. В Pro/Engineer производится основная рабочая сборка с моделированием кабельных и трубопроводных подсистем, проектируются сложные детали, а также используются модели деталей и узлов, сделанные в Pro/DESKTOP. Базовый модуль Pro/Engineer содержит все возможности для выпуска высокопрофессиональной чертежной документации в соответствии со стандартами ЕСКД, но обычно рабочее место Pro/Engineer занято сложным моделированием и для выпуска чертежей не всегда находится время. В этом случае чертежи оформляются в Pro/DESKTOP или передаются через DXF или DWG в чертежную программу. В Pro/DESKTOP изготавливаются модели оснастки, разрабатываются небольшие узлы и отдельные детали.
Таким образом, на этапах рабочего проектирования главная роль принадлежит Pro/Engineer. На этапах же эскизного проектирования вся основная работа выполняется в системе Pro/DESKTOP, при этом конструктор, собирая узел в «легкой» системе, использует как собственные, так и обширные библиотеки «тяжелой» системы для проработки сборки нового изделия и при необходимости привлекает ресурсы Pro/Engineer для создания особо сложной геометрии.
«САПР и графика» 4'2001
